Τίτλος: Διδασκαλία του φυσικού μεγέθους της Πυκνότητας σε ένα περιβάλλον ομαδοσυνεργατικής εργασίας και διαδικτυακών πειραμάτων με αλληλεπιδραστικά χαρακτηριστικά Εκτιμώμενη διάρκεια: 1 ώρα Γνωστικό αντικείμενο: Φυσική Β' Γυμνασίου Ένταξη στο πρόγραμμα σπουδών: Ο κεντρικός άξονας του θέματος εντάσσεται στην § 1.3 Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους - Παράγωγα μεγέθη Απαιτούμενη υλικοτεχνική υποδομή: Εργαστήριο πληροφορικής, πρόσβαση στο διαδίκτυο Διδακτικό αντικείμενο: Πυκνότητα Πρότερες γνώσεις και αναπαραστάσεις: Υπενθυμίζουμε στους μαθητές τη σχέση μάζας και πυκνότητας. Η πυκνότητα ενός υλικού ορίζεται ως πηλίκο της μάζας προς τον όγκο (με σύμβολα ρ = m/V). Μας «λέει» πόση μάζα αντιστοιχεί σε κάθε κυβικό όγκου. Η μάζα συνεπώς ενός αντικειμένου θα είναι ίση με το γινόμενο της πυκνότητας του υλικού επί τον όγκο αυτού του αντικειμένου. Εξοικειώνουμε τους μαθητές με την ιδέα ότι «η πυκνότητα αναφέρεται σε υλικό» καθώς και με τη μονάδα μέτρησης της πυκνότητας π.χ. ΥΔΡΑΡΓΥΡΟΣ (13600 kg/m3 = 13,6 g/cm 3), ΣΙΔΗΡΟΣ (7800 kg/m3 = 7,8 g/cm3) ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ (2700 kg/m3=2,7 g/cm3), ΝΕΡΟ (1000 kg/m3= 1 g/cm3) ΛΑΔΙ (800 kg/m3=0,8 g/cm3), ΦΕΛΛΟΣ (500 kg/m3= 0,5 g/cm3)
Εναλλακτικές ιδέες:Πολλοί μαθητές πιστεύουν ότι τα μεγαλύτερα αντικείμενα είναι πάντα πιο πυκνά, ότι το βάρος και η πυκνότητα είναι το ίδιο πράγμα, ή ότι η πυκνότητα αναφέρεται μόνο σε στερεά αντικείμενα και στο νερό. Σκοπός: Οικοδόμηση της έννοιας του μεγέθους της πυκνότητας Διδακτικοί στόχοι:
να υπολογίζουν τον όγκο ενός σώματος μετρώντας τον όγκο του υγρού που εκτοπίζει κατά την βύθισή του σε δοχείο με νερό
να εξηγούν γιατί αντικείμενα διαφορετικού υλικού ενώ έχουν ίδια μάζα έχουν διαφορετικό όγκο
να εξηγούν γιατί αντικείμενα διαφορετικού υλικού ενώ έχουν ίδιο όγκο έχουν διαφορετική μάζα
να προσδιορίζουν άγνωστα υλικά υπολογίζοντας την πυκνότητα τους, μετρώντας το εκτοπιζόμενο υγρό κατά τη βύθιση των υλικών σε νερό και αντιστοιχίζοντας τις τιμές με αυτές σχετικού πίνακα πυκνότητας υλικών
να πραγματοποιούν μετρήσεις και να αξιοποιούν πειραματικά δεδομένα για την εξαγωγή συμπερασμάτων
να εφαρμόζουν τις γνώσεις τους σε καταστάσεις της καθημερινής ζωής
να αναπτύξουν το ενδιαφέρον τους για τις φυσικές επιστήμες με την αναγνώριση επιστημονικών προβλημάτων σε καταστάσεις της καθημερινής ζωής
να ενισχυθεί η κοινωνικοποίηση των μαθητών μέσα από τη συνεργασία
να δημιουργηθεί θετική στάση για τις φυσικές επιστήμες με την αναγνώριση το σημαντικού ρόλου που παίζει η επίλυση προβλήματος στην οικοδόμηση των φυσικών εννοιών
Διδακτική στρατηγική: οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες των δύο ατόμων στο εργαστήριο πληροφορικής. Χρησιμοποιείται προσομοίωση. Οι μαθητές έρχονται σε επαφή με την επιστημονική μεθοδολογία, καθώς εμπλέκονται σε διαδικασίες οι οποίες τους προτείνουν να παρατηρούν, να διατυπώνουν υποθέσεις και να προτείνουν τρόπους ελέγχου των υποθέσεών τους.
Διδακτική Δραστηριότητα
Ο κύβος Α βυθίζεται στο νερό. Από τι υλικό μπορεί να είναι φτιαγμένος; ................................................................................................................. ................................................................................................................. Τι πιστεύεις ότι θα συμβεί αν τοποθετήσεις στο δοχείο έναν μικρότερο κύβο από το ίδιο υλικό; Θα επιπλεύσει ή θα βουλιάξει; .................................................................................................................. ..................................................................................................................
Ο κύβος Β επιπλέει στο νερό. Από τι υλικό μπορεί να είναι φτιαγμένος; ................................................................................................................ ................................................................................................................ Τι πιστεύεις ότι θα συμβεί αν τοποθετήσεις στο δοχείο έναν μεγαλύτερο κύβο από το ίδιο υλικό; Θα επιπλεύσει ή θα βουλιάξει; ................................................................................................................. .................................................................................................................
Για ποιον λόγο πιστεύεις ότι ο κύβος Α βυθίζεται ενώ ο κύβος Β επιπλέει; ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................
Οδηγίες χρήσης της προσομοίωσης - Για να μετρήσετε τον όγκο ενός κύβου που επιπλέει, κρατείστε τον βυθισμένο στο νερό. - Χρησιμοποιήστε τον ζυγό και τον όγκο του νερού που εκτοπίζετε για να υπολογίσετε την πυκνότητα των άγνωστων κύβων. - Χρησιμοποιήστε τον πίνακα με τις πυκνότητες διαφόρων υλικών πατώντας το κουμπί «Εμφάνιση Πίνακα» για να προσδιορίσετε το υλικό των άγνωστων κύβων.
1. Έχετε τρεις κύβους (Α, Β και Γ) ίδιου όγκου, αλλά ο καθένας επιπλέει διαφορετικά στο νερό (σχήμα 1).
α. Γιατί επιπλέουν διαφορετικά στο νερό;
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
β. Οι κύβοι Α, Β και Γ αποτελούνται από το ίδιο υλικό; Ναι ή όχι και γιατί;
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
γ. Ποιος κύβος έχει την μεγαλύτερη μάζα;
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
δ. Ποιος κύβος έχει την αμέσως επόμενη τιμή μάζας;
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
ε. Ποιος κύβος έχει την μικρότερη ποσότητα μάζας;
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Σχήμα 1
2. Στο διπλανό σχήμα βλέπετε έναν κύβο βυθισμένο στο νερό και έναν πολύ μικρότερο εκτός του δοχείου. Και οι δύο κύβοι αποτελούνται από το ίδιο υλικό.
α. Σχεδιάστε τι θα συμβεί όταν τοποθετήσουμε τον μικρό κύβο στο νερό.
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
β. Θα επιπλεύσει ή θα βυθιστεί;
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
γ. Η πυκνότητα του μικρότερου κύβου είναι _ _ _ _ _ _
την πυκνότητα του μεγαλύτερου κύβου (μικρότερη από, ίση με, μεγαλύτερη από)
Σχήμα 2
3. Στο σχήμα 3 έχετε πέντε σώματα διαφορετικού σχήματος, διαφορετικού μεγέθους και διαφορετικού υλικού. Όταν τα τοποθετούμε στο νερό άλλα επιπλέουν ενώ άλλα βυθίζονται.
α. Ποιο από τα πέντε αντικείμενα έχει την μικρότερη πυκνότητα; Εξηγήστε γιατί:
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
β. Ποιο από τα πέντε αντικείμενα έχει την μεγαλύτερη πυκνότητα; Εξηγήστε γιατί:
Τίτλος: Διδασκαλία του φυσικού μεγέθους της Πυκνότητας σε ένα περιβάλλον ομαδοσυνεργατικής εργασίας και διαδικτυακών πειραμάτων με αλληλεπιδραστικά χαρακτηριστικά
Εκτιμώμενη διάρκεια: 1 ώρα
Γνωστικό αντικείμενο: Φυσική Β' Γυμνασίου
Ένταξη στο πρόγραμμα σπουδών: Ο κεντρικός άξονας του θέματος εντάσσεται στην § 1.3 Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους - Παράγωγα μεγέθη
Απαιτούμενη υλικοτεχνική υποδομή: Εργαστήριο πληροφορικής, πρόσβαση στο διαδίκτυο
Διδακτικό αντικείμενο: Πυκνότητα
Πρότερες γνώσεις και αναπαραστάσεις:
Υπενθυμίζουμε στους μαθητές τη σχέση μάζας και πυκνότητας. Η πυκνότητα ενός υλικού ορίζεται ως πηλίκο της μάζας προς τον όγκο (με σύμβολα ρ = m/V). Μας «λέει» πόση μάζα αντιστοιχεί σε κάθε κυβικό όγκου. Η μάζα συνεπώς ενός αντικειμένου θα είναι ίση με το γινόμενο της πυκνότητας του υλικού επί τον όγκο αυτού του αντικειμένου. Εξοικειώνουμε τους μαθητές με την ιδέα ότι «η πυκνότητα αναφέρεται σε υλικό» καθώς και με τη μονάδα μέτρησης της πυκνότητας π.χ.
ΥΔΡΑΡΓΥΡΟΣ (13600 kg/m3 = 13,6 g/cm 3), ΣΙΔΗΡΟΣ (7800 kg/m3 = 7,8 g/cm3)
ΑΛΟΥΜΙΝΙΟ (2700 kg/m3=2,7 g/cm3), ΝΕΡΟ (1000 kg/m3= 1 g/cm3)
ΛΑΔΙ (800 kg/m3=0,8 g/cm3), ΦΕΛΛΟΣ (500 kg/m3= 0,5 g/cm3)
Εναλλακτικές ιδέες: Πολλοί μαθητές πιστεύουν ότι τα μεγαλύτερα αντικείμενα είναι πάντα πιο πυκνά, ότι το βάρος και η πυκνότητα είναι το ίδιο πράγμα, ή ότι η πυκνότητα αναφέρεται μόνο σε στερεά αντικείμενα και στο νερό.
Σκοπός: Οικοδόμηση της έννοιας του μεγέθους της πυκνότητας
Διδακτικοί στόχοι:
- να υπολογίζουν τον όγκο ενός σώματος μετρώντας τον όγκο του υγρού που εκτοπίζει κατά την βύθισή του σε δοχείο με νερό
- να εξηγούν γιατί αντικείμενα διαφορετικού υλικού ενώ έχουν ίδια μάζα έχουν διαφορετικό όγκο
- να εξηγούν γιατί αντικείμενα διαφορετικού υλικού ενώ έχουν ίδιο όγκο έχουν διαφορετική μάζα
- να προσδιορίζουν άγνωστα υλικά υπολογίζοντας την πυκνότητα τους, μετρώντας το εκτοπιζόμενο υγρό κατά τη βύθιση των υλικών σε νερό και αντιστοιχίζοντας τις τιμές με αυτές σχετικού πίνακα πυκνότητας υλικών
- να πραγματοποιούν μετρήσεις και να αξιοποιούν πειραματικά δεδομένα για την εξαγωγή συμπερασμάτων
- να εφαρμόζουν τις γνώσεις τους σε καταστάσεις της καθημερινής ζωής
- να αναπτύξουν το ενδιαφέρον τους για τις φυσικές επιστήμες με την αναγνώριση επιστημονικών προβλημάτων σε καταστάσεις της καθημερινής ζωής
- να ενισχυθεί η κοινωνικοποίηση των μαθητών μέσα από τη συνεργασία
- να δημιουργηθεί θετική στάση για τις φυσικές επιστήμες με την αναγνώριση το σημαντικού ρόλου που παίζει η επίλυση προβλήματος στην οικοδόμηση των φυσικών εννοιών
Διδακτική στρατηγική: οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες των δύο ατόμων στο εργαστήριο πληροφορικής. Χρησιμοποιείται προσομοίωση. Οι μαθητές έρχονται σε επαφή με την επιστημονική μεθοδολογία, καθώς εμπλέκονται σε διαδικασίες οι οποίες τους προτείνουν να παρατηρούν, να διατυπώνουν υποθέσεις και να προτείνουν τρόπους ελέγχου των υποθέσεών τους.Διδακτική Δραστηριότητα
.................................................................................................................
.................................................................................................................
Τι πιστεύεις ότι θα συμβεί αν τοποθετήσεις στο δοχείο έναν μικρότερο κύβο από το ίδιο υλικό; Θα επιπλεύσει ή θα βουλιάξει;
..................................................................................................................
..................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
Τι πιστεύεις ότι θα συμβεί αν τοποθετήσεις στο δοχείο έναν μεγαλύτερο κύβο από το ίδιο υλικό; Θα επιπλεύσει ή θα βουλιάξει;
.................................................................................................................
.................................................................................................................
................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................
Στην ηλεκτρονική διεύθυνση http://phet.colorado.edu/el/simulation/density πατήστε "Εκτέλεση τώρα!".
- Για να μετρήσετε τον όγκο ενός κύβου που επιπλέει, κρατείστε τον βυθισμένο στο νερό.
- Χρησιμοποιήστε τον ζυγό και τον όγκο του νερού που εκτοπίζετε για να υπολογίσετε την πυκνότητα των άγνωστων κύβων.
- Χρησιμοποιήστε τον πίνακα με τις πυκνότητες διαφόρων υλικών πατώντας το κουμπί «Εμφάνιση Πίνακα» για να προσδιορίσετε το υλικό των άγνωστων κύβων.
Φύλλο Εργασίας
Αξιολόγηση
α. Γιατί επιπλέουν διαφορετικά στο νερό;
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
β. Οι κύβοι Α, Β και Γ αποτελούνται από το ίδιο υλικό; Ναι ή όχι και γιατί;
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
γ. Ποιος κύβος έχει την μεγαλύτερη μάζα;
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
δ. Ποιος κύβος έχει την αμέσως επόμενη τιμή μάζας;
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
ε. Ποιος κύβος έχει την μικρότερη ποσότητα μάζας;
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Σχήμα 1
α. Σχεδιάστε τι θα συμβεί όταν τοποθετήσουμε τον μικρό κύβο στο νερό.
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
β. Θα επιπλεύσει ή θα βυθιστεί;
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
γ. Η πυκνότητα του μικρότερου κύβου είναι _ _ _ _ _ _
την πυκνότητα του μεγαλύτερου κύβου (μικρότερη από, ίση με, μεγαλύτερη από)
Σχήμα 2
α. Ποιο από τα πέντε αντικείμενα έχει την μικρότερη πυκνότητα; Εξηγήστε γιατί:
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
β. Ποιο από τα πέντε αντικείμενα έχει την μεγαλύτερη πυκνότητα; Εξηγήστε γιατί:
Σχήμα 3
Density: How Does Density Relate to Mass &Volume and an Object's Interaction with Water? της Patricia Loeblein
Density-introduction των Katherine Perkins, Christine Denison
Relative Density - sink or float της Jackie Esler